台风Morakot(2009)暴雨中关键尺度位涡的诊断分析

采用二维小波变换方法对格点分析资料进行多尺度分解,诊断分析台风Morakot(2009)登陆福建省霞浦市过程中位涡的多尺度特征。在此基础上,讨论了多尺度位涡正压项通量散度对位涡正压项局地变化的贡献。研究结果表明,在此次台风登陆过程中位涡主要包含第4、5关键尺度(理论波长范围为96.4~160.67 km)动力扰动和第3、4关键尺度(理论波长范围为64.27~128.54 km)热力扰动的综合信息。由于关键尺度位涡正压项的强度大于斜压项,因而位涡主要体现了第4、5动力尺度垂直涡度与第3、4热力尺度广义位温垂直梯度的耦合作用。第4、5动力尺度西南扰动气流为台风暴雨提供充足的水汽供应,在台风环流西北侧产生低层辐合、中高层辐散,为强对流系统的发生提供有利动力条件。第3、4热力尺度的广义位温扰动一方面增加降水区大气湿斜压性,另一方面在降水区低层形成位势不稳定,为强对流的发展提供潜在不稳定能量。位涡正压项方程强迫项的分析表明,关键尺度位涡正压项通量输送对位涡正压项局地变化有一定贡献,影响位势稳定度的变化。在台风登陆后,关键尺度位涡及位涡正压项通量散度都有所减小,使得垂直涡度和位势稳定度的变化趋缓。     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明:本次过程属于长江流域季风雨芾形势下中～α尺度雨带中的中～β尺度雨团;与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关;并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展,指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用.     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明：本次过程属于长江流域季风雨带形势下中－α尺度雨带中的－β尺度雨团；与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关；并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展，指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用。     

一次西南涡暴雨的位涡分析

利用NCEP提供的FNL再分析资料对2013年5月25—26日发生在我国中东部西南涡暴雨过程的初期阶段进行了位涡分析,结果表明:高原槽附近异常高位涡,促进了低层西南涡前期的发展,这对西南涡前期的预报有很好指导意义;西南涡发展前期,强降雨中心湿位涡正压子项自低层至高层呈现出"负—正"的分布特征,湿位涡斜压子项在中低层有强负值中心,反映出低层对流不稳定和垂直风切变对于对流性降水的促进作用;西南涡发展阶段,湿位涡正压子项正值中心呈现出倾斜漏斗状,斜压子项在降雨中心低层出现了强负值中心;强降水中心与低层扰动湿位涡负值有较好的对应关系,对于强降雨落区的预报提供了一种参考。     

环境场作用与西南低涡移动的初步分析

本文将西南低涡视为迭加在环境场上的一个扰动,把考虑环境场和非绝热作用下的次天气尺度扰动方程组写在一个简单斜压两层模式上,根据西南低涡的特点对方程组作一些近似处理,导得了反映低层(700hPa)西南低涡移动特征的移矢诊断方程。由此分析了影响西南低涡移动的主要因子,得出了一些定性结果。最后,利用移矢诊断方程作了低涡移动的实例计算分析,其结果与实况比较一致。     

湿大气中低涡暴雨系统发展东移的初步分析

七十年代,谢义炳教授指出:湿大气动力学和干大气动力学特征有明显差异。结合我们的天气实践,注意到经常造成鄂北强降水的西南低涡处于对流层低层,在这一层次内不仅流场辐合明显,而且水汽丰沛,空气为强烈的对流性不稳定,这些因子对低涡的生消移动必然有较大的影响。本文的目的是,引入水汽因子后,通过简化涡度方程在湿斜压大气中的应用,并考虑湿静力稳定度σ_m既为P的函     

位涡在暴雨成因分析中的应用

应用位涡理论，对1991年江淮地区一次特大暴雨过程中位涡及其有关物理量的分布特征进行了分析。结果表明:强降水总是落在干位涡比较小的地方和湿位涡负中心暖气流一侧，它和相对湿位涡的关系更直接。湿位涡斜压部分可清楚地反映湿斜压性对对流不稳定系统所起的作用。大气在湿位涡值比较小的区域对锋生强迫有更强的响应。     

1991年江淮梅雨期对称不稳定与降水关系的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料对1991年5月18日—7月13日江淮地区梅雨期的湿位涡、正压湿位涡、斜压湿位涡以及它们的扰动量进行了诊断分析,并讨论了经向风场及温度、湿度场和大气对称不稳定度的演变特征及其与降水的关系。结果表明:对流层低层的对称不稳定度与降水的发生发展有较好的对应关系,较强对称不稳定对应较强降水的发生,当对称不稳定度减弱,降水也随之减弱或渐止。对称不稳定度的大小与对流不稳定、惯性不稳定以及大气湿斜压性和风的垂直切变紧密相关。西南风活跃、冷暖空气交汇,形成对称不稳定倾斜上升气流区,是导致在梅雨锋上暖湿空气一侧发生强降水的重要原因。     

影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征

利用合成方法对３次西南涡过程的流场，温湿场和涡度场等进行了分析。结果指出：沿切变线存在风场的中尺度扰动，低涡的尺度为２５０－３００ｋｍ，中低层有两支不同性质的气流流入低涡区，降水主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布，低涡是一个显著的斜压系统。     

青藏高原东北侧一次暴雪过程的湿位涡分析

利用NCEP（1°×1°）全球再分析格点资料,对青藏高原东北侧2002年10月18日一次暴雪天气进行诊断分析。结果表明：500 hPa北上的西南暖湿气流与东移南压的西北冷空气在36°N附近交汇形成的高原切变线是造成这次强降水的主要天气系统。暴雪发生在700 hPa湿位涡正压项MPV1正值密集带和湿位涡斜压项MPV2负值区中。由于等eθ线变得陡立密集,大气对流不稳定能量释放,MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强导致下滑倾斜涡度发展是形成此次暴雪的重要原因,它对暴雪预报有着很好的指示作用。     

梅雨暴雨中高低空急流与西南涡的活动

利用MM5中尺度模式对1991年7月5日00时-6日12时的降水进行了数值模拟。通过对每3h一次模拟结果的诊断分析，发现高空急流的走向与西南涡的活动关系密切，当我国东部位于西北风急流时，西南低涡稳定少动；位于西风急流时，西南涡快速东移；位于西南风急流时，西南涡加强，移速减慢。暴雨活动与西南涡的东移一致。最初暴雨区稳定少动，之后暴雨区快速东移，后期暴雨区缓慢移动。湿位涡对西南涡的斜压性加大有重要的贡献。在西南涡斜压性未建立之前以及冷锋附近，雨区可位于低层西南风急流左侧的任何位置，当低涡的斜压性加大，出现暖空气的作用时，暴雨区均出现在西南风急流的左前方。     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

山东春季一次罕见暴雨天气的湿位涡分析

应用湿位涡理论,对2003年4月发生在山东境内的一次罕见暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:这次暴雨产生在925hPa以下θe线陡立密集区附近,θe线陡立密集区附近对流稳定度较小,有利于湿斜压涡度发展;湿位涡在这次暴雨过程前期700hPa上ξMPV1<0,ξMPV2>0的演变,综合反映了暴雨区对流不稳定及斜压不稳定的增强;对流层高层高值湿位涡下传有利于位势不稳定能量的释放,使降水增幅,也是低涡东移发展为气旋的重要机制。     

贵州省一次连续性暴雨的湿位涡诊断分析

该文利用绝热、无摩擦大气湿位涡守恒理论和常规的地面观测资料、NCEP再分析资料（水平分辨率2.5°×2.5°）,对贵州省2011年6月3—6日连续性暴雨过程的湿位涡场进行了诊断和分析。结果表明此次暴雨过程发生在对流层中低层MPV1负值区和MPV2的正值区以及θse的高能区内。湿位涡的正压项与斜压项综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定状况。这一判据将大气中的对流不稳定和斜压不稳定很好地联系在一起,为暴雨天气的诊断和实际预报提供了一种思路。     

大尺度环境场和CISK与西南低涡发展的动力学分析

本文根据文献1)提出的用CISK理论研究西南低涡发展的设想,采用早期最简单的积云参数化模式,把积云对流同低层次天气尺度扰动联系起来,用描述大尺度环境场和积云对流对次天气尺度扰动作用的方程组,在简单两层模式中求解,分析了影响西南涡发展的各个因子,讨论了发展型西南涡在模式中的简单结构。     

斜压不稳定理论的发展历程分析

斜压不稳定理论是中高纬度地区天气尺度扰动生成和发展的机制,是继长波理论之后大气动力学上的又一重大进展,对现代天气预报具有重要的指导意义。按照斜压不稳定理论发展的时间脉络,阐述了赵九章、查尼和伊迪在斜压不稳定方面开展的研究工作,分析了3位科学家各自的研究特点及历史贡献。赵九章1946年发表在《Journal of Meteorology》上的论文,最早提出了"斜压不稳定"这一概念,给出了不稳定的临界波长,并阐述了在不稳定扰动情况下能量的转换,以及不稳定波对大气环流带来的可能影响,尽管得出的不稳定临界波长与观测差别较大,但其对波-流相互作用的讨论在当时是超前的。查尼于1947年采用滤波和尺度分析等方法,将大气扰动方程简化为一个可以求解的系统,推导出大气稳定状态的判据,建立了斜压不稳定理论,其结果与实况比较接近;并据此把准地转模式成功应用于数值天气预报实践中,促使数值天气预报获得首次成功。1949年,伊迪在查尼研究工作的基础上通过合理的简化方法,得到了更为简洁的模型。最后,通过对比他们的研究思路,重点分析了赵九章未能使得斜压不稳定理论提前一年建立的原因:由于其研究思路始终局限在大气水平运动上,忽略了斜压系统发展中散度项的贡献,因而未能抓住天气系统发生、发展的本质,致使其最终与斜压不稳定理论的成功建立失之交臂,其论文本身存在的一些亮点也因此被后人忽视。      

大气湿位涡影响夏季江淮降水异常的机理分析

利用欧洲中心再分析资料(ERA-40)中1958-2001年气象场资料(世界时00时),分析了降水异常年850 hPa湿位涡及其分量差异的原因.结果表明,降水异常年湿位涡和湿位涡正压部分的差异主要是由水汽的垂直分布差异引起稳定度的变化所致,而相对湿位涡和湿位涡斜压部分的差异,分别主要是由垂直涡度及纬向风的垂直切变和暖湿气流的经向切变所致.另外,还利用湿位涡的正压部分和斜压部分讨论了江淮夏季850 hPa大气性质的变化,结果表明,近50年来,大气对流不稳定减弱,而斜压不稳定增强.     

初生阶段西南涡发展与消亡的物理机制

采用涡旋运动稳定性方法,结合大尺度环境场和积云对流潜热释放,研究初生西南涡发展与消亡的物理机制。结果表明:（1）在稳定层结和不稳定层结条件下,当大气扰动频率超过对应的临界频率时,初生西南涡均可以维持并向成熟涡转变;当大气扰动频率未超过临界频率时,初生西南涡要么因频散而消亡,要么在维持一段时间的纯涡结构后消亡,不能发展为成熟西南涡。（2）初生阶段,大尺度场的辐合辐散是西南涡发展和消亡的主要因素,辐合才有可能使得初生西南涡发展,辐散只能导致初生西南涡消亡;小尺度的潜热加热则决定着稳定层结下的扰动临界频率,进而影响稳定层结下初生西南涡的发展及向成熟西南涡的转变。      

河北北部一次区域性暴雪过程的湿位涡分析

应用湿位涡理论及NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°),对2007年3月3—4日河北省北部出现的罕见区域性暴雪过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa西来槽和地面气旋是造成大范围暴雪的主要天气系统。暴雪发生在700 hPa湿位涡正压项MPV1正值区和湿位涡斜压项MPV2负值区中。由于等θse线变得陡立密集,大气对流不稳定能量释放,MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强,导致下滑倾斜涡度发展,是形成此次暴雪的重要原因。湿位涡对暴雪预报有着很好的指示作用。     

梅雨期间次天气尺度扰动的动能平衡

计算了梅雨期间产生暴雨的次天气尺度扰动的动能分布及其乎衡。结果表明:1)在动能计算中不能略去风的散度部分;2)暴雨期间,扰动向周围大气输送动能;3)旋转风的动能产生率为负值,散度风在对流层下层和上层产生动能,两者之和仍是消耗动能。这样,次网格尺度对流在动能平衡中起着重要的作用。即在条件性不稳定的大气中,发展起来的温对流是湿斜压大气中重要的一种过程。上述结果有助于了解扰动的机制和改进数值模式的设计。